CN206452282U - 一种风力发电机组的自动恒频无刷励磁装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种风力发电机组的自动恒频无刷励磁装置，包括风力发电机、变流器、第一变压器、第二变压器、齿轮箱、风力机和中央控制单元，所述风力发电机包括发电机转子、发电机定子和励磁定子，发电机定子和励磁定子共用一个同轴的发电机转子，风力机的输出轴与齿轮箱的输入轴连接，该齿轮箱的输出轴与风力发电机的发电机转子的输出轴连接，第一变压器的高压侧与电网连接，该第一变压器的低压侧通过所述变流器与励磁定子的输出端连接，中央控制单元的控制端与变流器的控制端连接，发电机定子的输出端与第二变压器的低压侧连接，该第二变压器的高压侧与电网连接，本实用新型能能保持频率恒定，自动调节电流的幅度和相位，运行方便可靠。
Description
技术领域
本实用新型涉及发电机技术领域，尤其涉及一种风力发电机组的自动恒频无刷励磁装置。
背景技术
在风电发电技术领域，风速的大小和风的方向经常发生变化，给风能的利用带来不便，导致风能发电、输电、变电、配电、用电不能时刻保持平衡，这是因为转子转速也会随风变化，而且发电机的转子转速也会随风变化，以致于发电机要更高的代价获才能得恒定的电能频率，来维持风力发电系统的可靠性和稳定性，传统的双馈异步风力发电机启动时，都是由发电机转子励磁电源由电网提供，经网侧变流器变换成直流电，然后再由发电机转子侧变流器变换成交流电接于发电机转子之上，从而完成发电机转子励磁电流的幅值、相位和频率控制，来达到并网以及功率控制的目的，这样的双馈异步风力发电机多出了一个电刷结构，使发电机的结构较为复杂，励磁电流的幅值、相位和频率控制难度大，发电机经常会产生换向火花，会给工作环境造成巨大危险。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种风力发电机组的自动恒频无刷励磁装置，根据本实用新型的自动恒频无刷励磁装置发电机能保持频率恒定，运行方便可靠，为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术效果：
根据本实用新型的一个方面，提供了一种风力发电机组的自动恒频无刷励磁装置，包括风力发电机、变流器、第一变压器、第二变压器、齿轮箱、风力机和中央控制单元，所述风力发电机包括发电机转子、发电机定子和励磁定子，所述发电机定子和励磁定子共用一个同轴的发电机转子，所述风力机的输出轴与齿轮箱的输入轴连接，该齿轮箱的输出轴与所述风力发电机的发电机转子的输出轴连接，所述第一变压器的高压侧与电网连接，该第一变压器的低压侧通过所述变流器与所述励磁定子的输出端连接，所述中央控制单元的控制端与所述变流器的控制端连接，所述发电机定子的输出端与所述第二变压器的低压侧连接，该第二变压器的高压侧与电网连接。
优选的，所述发电机定子上设有发电机机定子绕组，该发电机机定子绕组输出三相电压经过高压变压模块变换后输送至电网，所述励磁定子上设有励磁机定子绕组，该励磁机定子绕组的输出端与所述变流器的输入端连接，通过控制变流器进行调节励磁机定子输出的励磁电流幅值和相位来调节发电机转子输出的电流幅值和相位。
优选的，所中央控制单元包括励磁信号采样电路、信号放大电路、信号处理电路和信号调理电路，所述励磁信号采样电路的输入端与变流器输出端连接，所述励磁信号采样电路的输出端与所述信号放大电路的输入端连接，所述信号放大电路的输出端与所述信号处理电路的输入端连接，所述信号处理电路的输出端与信号调理电路的输入端连接，该信号调理电路的输出端与所述变流器的控制端连接。
优选的，所励磁信号采样电路为电流传感器或电压传感器，所述信号处理电路为TMS320F28335处理器。
优选的，所述变流器(4)为双向PWM变流器。
本实用新型采用了上述技术方案，本实用新型具有以下技术效果：
本实用新型的发电机电能提供了频率恒定，进行调节励磁机定子输出的励磁电流幅值和相位来调节发电机转子输出的电流幅值和相位，运行方便可靠，交流励磁定子输出励磁电流给发电机转子绕组，省去了电刷和滑环，不会产生换向火花，适合在危险的工作环境中运行。励磁电流的稳定度得到可靠保证，本实用新型的励磁机结构能使发电机转子绕组与励磁机定子绕组可按照1:1或2:1或其他对应关系，也可根据需要进行匹配对应，且励磁机定子与发电机转子同轴，能制造出同极数绝对同步的无刷交流发电机，能通过电网的反馈调节励磁电流电流相位、励磁电流的幅度。
附图说明
图1是本实用新型一种风力发电机组的自动恒频无刷励磁装置的结构原理图；
图2是本实用新型的中央控制单元的工作原理图；
附图中，1-发电机转子，2-发电机定子，3-励磁定子，4-变流器，5-第一变压器，6-第二变压器，7-齿轮箱，8-风力机，9-中央控制单元，20-发电机机定子绕组，30-励磁机定子绕组，90-励磁信号采样电路，91-信号放大电路，92-信号处理电路，93-信号调理电路，100-风力发电机。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本实用新型进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本实用新型的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本实用新型的这些方面。
如图1所示，根据本实用新型的一种风力发电机组的自动恒频无刷励磁装置，包括风力发电机100、变流器4、第一变压器5、第二变压器6、齿轮箱7、风力机8和中央控制单元9，所述风力发电机100包括发电机转子1、发电机定子2和励磁定子3，所述发电机定子2和励磁定子3共用一个同轴的发电机转子1，所述风力机8的输出轴与齿轮箱7的输入轴连接，该齿轮箱8的输出轴与所述风力发电机100的发电机转子1的输出轴连接，所述第一变压器5的高压侧与电网连接，该第一变压器5的低压侧通过所述变流器4与所述励磁定子3的输出端连接，所述中央控制单元9的控制端与所述变流器4的控制端连接，所述发电机定子2的输出端与所述第二变压器6的低压侧连接，该第二变压器6的高压侧与电网连接，所述励磁定子3与发发电机定子2的极对数不相同或相同，所述励磁定子3与发电机转子1的极对数相同，所述发电机定子2上设有发电机机定子绕组20，该发电机机定子绕组20输出三相电压经过高压变压模块6变换后输送至电网，所述励磁定子3上设有励磁机定子绕组30，该励磁机定子绕组30的输出端与所述变流器4的输入端连接，通过控制变流器4的工作状态进行调节励磁机定子3输出的励磁电流幅值和相位来调节发电机转子1输出的电流幅值和相位。
作为本实用新型，如图1和图2所示，所中央控制单元9包括励磁信号采样电路90、信号放大电路91、信号处理电路92和信号调理电路93，所述励磁信号采样电路90的输入端与变流器4输出端连接，所述励磁信号采样电路90的输出端与所述信号放大电路91的输入端连接，所述信号放大电路91的输出端与所述信号处理电路92的输入端连接，所述信号处理电路92的输出端与信号调理电路93的输入端连接，该信号调理电路93的输出端与所述变流器4的控制端连接。所励磁信号采样电路90为电流传感器或电压传感器，所述信号处理电路为TMS320F28335处理器，信号放大电路91采用运算比较放大器电路对电流传感器的电流信号进行放大处理，所述变流器4为双向PWM变流器，所述信号调理电路93采用PWM信号调制控制器对双向PWM变流器输出的电流相位和幅度进行调节控制。
结合图1，进一步阐述本实用新型的自动恒频无刷励磁的恒频过程，若发电机定子2旋转磁场产生的转速为n1，则励磁定子3的磁场产生的同步转速也为n1，发电机转子1转速为n，则获得一个转差率s，s＝(n1-n)/60；
此时，向发电机定子2中通入三相电流产生旋转磁场，设f1为电网频率，p为发电机定子2极对数，则发电机定子2旋转磁场转速n1为n1＝60f1/p。
若发电机转子1转速为n，则发电机定子2和励磁定子3的旋转磁场与转子绕组的相对速度为n1-n；所以发电机转子1感应电流的频率f2为：f2＝p(n1-n)/60＝(pn1/60)*(n1-n)/60＝sf1；
则发电机转子1电流产生的旋转磁动势相对转子转速为n2，
n2＝60f2/p＝60sf1/p＝sn1＝n1-n；
则发电机转子1电流产生的旋转磁动势相对发电机定子2和励磁定子3的转速为：
n2+n＝n1-n+n＝n1；
由此可见，发电机转子1电流产生的旋转磁动势的转速和发电机定子2、励磁定子3电流产生的旋转磁动势的转速相同，都等于同步转速n1，与发电机转子1转速无关，因此励磁定子3的旋转磁场切割发电机转子1进而在转子上感应的旋转磁场，这个旋转磁场切割发电机定子2产生电能并送到电网，整个发电机机的励磁装置无电刷部分，就能通过电网的反馈调节励磁电流的相位、励磁电流的幅度，无需进行频率调节，电能产生的过程中频率始终保持恒定。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种风力发电机组的自动恒频无刷励磁装置，其特征在于：包括风力发电机、变流器、第一变压器、第二变压器、齿轮箱、风力机和中央控制单元，所述风力发电机包括发电机转子、发电机定子和励磁定子，所述发电机定子和励磁定子共用一个同轴的发电机转子，所述风力机的输出轴与齿轮箱的输入轴连接，该齿轮箱的输出轴与所述风力发电机的发电机转子的输出轴连接，所述第一变压器的高压侧与电网连接，该第一变压器的低压侧通过所述变流器与所述励磁定子的输出端连接，所述中央控制单元的控制端与所述变流器的控制端连接，所述发电机定子的输出端与所述第二变压器的低压侧连接，该第二变压器的高压侧与电网连接。
2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组的自动恒频无刷励磁装置，其特征在于：所述发电机定子上设有发电机机定子绕组，该发电机机定子绕组输出三相电压经过高压变压模块变换后输送至电网，所述励磁定子上设有励磁机定子绕组，该励磁机定子绕组的输出端与所述变流器的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的一种风力发电机组的自动恒频无刷励磁装置，其特征在于：所中央控制单元包括励磁信号采样电路、信号放大电路、信号处理电路和信号调理电路，所述励磁信号采样电路的输入端与变流器输出端连接，所述励磁信号采样电路的输出端与所述信号放大电路的输入端连接，所述信号放大电路的输出端与所述信号处理电路的输入端连接，所述信号处理电路的输出端与信号调理电路的输入端连接，该信号调理电路的输出端与所述变流器的控制端连接。
4.根据权利要求3所述的一种风力发电机组的自动恒频无刷励磁装置，其特征在于：所励磁信号采样电路为电流传感器或电压传感器，所述信号处理电路为TMS320F28335处理器。
5.根据权利要求1或4所述的一种风力发电机组的自动恒频无刷励磁装置，其特征在于：所述变流器为双向PWM变流器。
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| CN201720029100.6U CN206452282U (zh) | 2017-01-10 | 2017-01-10 | 一种风力发电机组的自动恒频无刷励磁装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112653309A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-04-13 | 华北电力大学 | 一种基于继电特性的双定子微风发电机 |
-
2017
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